Learning Objectives
- 說明為什麼工業現場多用 24 V 直流訊號，以及輸入電壓多高才算 ON
- 分辨 PNP 與 NPN 感測器，並配對到汲入型或源出型輸入
- 比較繼電器、電晶體、TRIAC 三種輸出的適用場合
- 在階梯圖裡處理常閉輸出的感測器與極限開關
PLC 的手腳：輸入與輸出
上一課說 PLC 會「讀輸入、寫輸出」。這一課看實際接上去的東西：按鈕、極限開關、光電感測器接到輸入； 指示燈、電磁閥、接觸器線圈接到輸出。接錯了，程式寫得再好，PLC 也看不到訊號。
為什麼是 24 V
開發板的腳位是 3.3 V 或 5 V，工廠裡卻多半用 24 V 直流：
- 抗雜訊：工廠有馬達、變頻器、電焊機，電線上的雜訊可能有好幾伏特。訊號電壓高，雜訊就相對小，不容易誤判。
- 線拉得長：感測器可能在幾十公尺外，線上的壓降對 24 V 的影響比對 3.3 V 小。
- 屬於低電壓：比市電安全得多，技術人員可以在通電狀態下量測檢修（仍要照規定操作）。
國際標準 IEC 61131-2 規定 PLC 數位輸入的電氣特性。以 24 V 直流輸入為例，Type 1 輸入在 15～30 V 之間保證判為 ON； Type 2、Type 3 在 11～30 V 之間保證判為 ON；電壓接近 0 V 時是 OFF，中間有一段不保證的過渡區。 Type 1 給按鈕這類機械接點用，Type 3 耗電較低，適合半導體式的感測器，也是現在常見的型式。
輸入模組裡通常有光耦合器：外面的 24 V 迴路讓一顆小 LED 發光，裡面的電路看光，兩邊沒有電線直接相連（隔離）， 現場的雜訊與突波不容易跑進 CPU。模組上每一點的指示燈，就是告訴你「這一點有電流流過」。
逐步看：電壓多高才算 ON
三個量到的電壓，分別接到 Type 1 與 Type 3 的輸入。注意 12.5 V 這一筆：兩種輸入的判斷不一樣。
按鈕與感測器怎麼接
乾接點：按鈕、極限開關、繼電器接點只是一個開關，沒有自己的電源。開關一邊接 24 V，另一邊接到輸入端子， 按下時電流流進輸入，輸入就是 1。
三線式感測器：光電感測器、近接開關裡面有電子電路，要另外供電。常見的線色是：
| 線色 | 接到 |
|---|---|
| 棕色 | ＋24 V（電源） |
| 藍色 | 0 V（電源） |
| 黑色 | 訊號輸出，接 PLC 的輸入端子 |
（線色是業界慣例，以感測器的規格書為準。）黑線偵測到物體時怎麼動作，分成兩種：
| 感測器 | 偵測到物體時，黑線 | 電流方向 | 要配的 PLC 輸入 |
|---|---|---|---|
| PNP | 接到 ＋24 V（送出電流） | 感測器 → 輸入端子 → 公共端 COM | 汲入型（sink）：COM 接 0 V |
| NPN | 接到 0 V（吸入電流） | 公共端 COM → 輸入端子 → 感測器 | 源出型（source）：COM 接 ＋24 V |
記法：電流一定要有一條從 ＋24 V 回到 0 V 的路。感測器送出電流，輸入就要吸入；感測器吸入，輸入就要送出。 很多 PLC 的輸入模組靠 COM 接哪一邊，同一個模組兩種都能用。sink／source 的命名各廠牌說法不完全一致，接線以手冊的接線圖為準。
感測器的輸出還分常開（偵測到物體時導通）與常閉（偵測到物體時斷開），有些光電感測器另外分「入光時 ON」與「遮光時 ON」。 選常閉輸出的好處和上一課的停止按鈕一樣：線斷了，PLC 會看到「有東西」或「異常」，而不是當作一切正常。
逐步看：感測器與輸入模組配對
把剛才的接線規則寫成程式：兩種感測器 × 兩種輸入模組，四種組合裡只有兩種會亮。
輸出：繼電器、電晶體、TRIAC
| 輸出型式 | 怎麼切換 | 優點 | 限制 | 常接 |
|---|---|---|---|---|
| 繼電器 | 小線圈吸動一組機械接點 | 交流、直流都能切；和 PLC 內部隔離 | 切換慢；接點會磨損，有壽命 | 接觸器線圈、交流指示燈 |
| 電晶體 | 半導體開關（也分 PNP 源出、NPN 汲入） | 很快、沒有機械磨損 | 只能切直流 | 24 V 電磁閥、指示燈、步進馬達的脈衝 |
| TRIAC | 半導體交流開關 | 交流負載、沒有機械磨損 | 只能切交流 | 交流電磁閥 |
幾個要注意的地方：
- 輸出點不直接帶大功率：輸出模組每一點能帶的電流有限（看規格書）。大馬達要經過接觸器：PLC 輸出控制接觸器的線圈， 接觸器的大接點再去切馬達的電源。接觸器以後的電源與馬達配線屬於電氣工程，由合格的電氣人員處理，本課程不放接線步驟。
- 電感性負載：電磁閥、繼電器的線圈斷電時會產生反向突波，直流線圈要加飛輪二極體或突波吸收元件（很多模組內建，看手冊）。
- 頻繁開關的負載（例如每秒切換好幾次）用電晶體輸出；繼電器輸出切太頻繁，很快就會磨壞。
小測驗：輸入
工業現場多用 24 V 直流訊號，下面哪一個不是主要理由？
一顆三線式 NPN 感測器偵測到物體時，黑色訊號線會怎樣？
某個輸入端子量到 13 V。接在 Type 1 的 24 V 直流輸入上會怎樣？
小測驗：輸出
要讓電磁閥每秒開關 5 次、連續運轉很久，選哪一種輸出比較適合？
PLC 要控制一台大功率的三相馬達，正確的做法是？
用 Python 檢查一顆感測器配上源出型輸入（COM 接 ＋24 V）會不會亮，印出什麼？
sensor = {"PNP": "送出", "NPN": "吸入"}
module = "送出"
print([k for k, v in sensor.items() if v != module])
重點整理
- 工業現場多用 24 V 直流訊號：抗雜訊、可以拉長線、屬於低電壓。
- IEC 61131-2：24 V 直流輸入，Type 1 在 15～30 V、Type 2／3 在 11～30 V 保證是 ON；中間有過渡區。輸入模組多有光耦合隔離。
- 三線式感測器常見線色：棕＋24 V、藍 0 V、黑訊號（以規格書為準）。
- PNP 送出電流，配 COM 接 0 V 的汲入型輸入；NPN 吸入電流，配 COM 接 ＋24 V 的源出型輸入。電流要有一條完整的迴路。
- 常閉輸出的感測器：偵測到物體時訊號是 0，階梯圖用常閉接點檢查；斷線時會被當成「有東西」或異常，比較安全。
- 輸出：繼電器（交直流都能切、有磨損）、電晶體（直流、快、適合頻繁切換）、TRIAC（交流）。大負載經接觸器，由合格人員配線。
下一課開始寫程式：階梯圖的接點、線圈、串聯並聯與自保持。